管路焊接接頭對管路系統(tǒng)建造精度有較大影響，特別是含隔振設(shè)備的大通徑管路系統(tǒng)[1]，其管路安裝偏差將傳遞至設(shè)備，影響設(shè)備姿態(tài)和隔振器受力狀態(tài)，從而降低隔振效果，進而影響到管路系統(tǒng)的聲學(xué)指標(biāo)[2]。鈦合金因較高的比強度及優(yōu)良的耐熱、耐腐蝕性和斷裂韌性等優(yōu)點，在船舶管路建造中得到了廣泛應(yīng)用[3-4]。但在鈦合金管路焊接過程中，無保護措施或保護不良會導(dǎo)致空氣進入焊接區(qū)域，焊絲、焊件清理不干凈，在其表面留有水分、油污、氧化物等有害雜質(zhì)會改變鈦的力學(xué)性能，這些都將對鈦復(fù)層接頭的力學(xué)性能造成負(fù)面影響[5-6]，導(dǎo)致鈦復(fù)層接頭變脆，塑性和韌性急劇下降，同時極易產(chǎn)生裂紋和氣孔，嚴(yán)重影響到鈦復(fù)層接頭的耐蝕性[7]。因此，有必要開展鈦合金管路焊接技術(shù)研究，進而提升船舶的管路安裝精度，確保管路安裝質(zhì)量和安裝效率。
一、研究內(nèi)容
針對鈦合金管路焊接過程中存在的一些技術(shù)問題，開展鈦合金管路焊接技術(shù)研究，具體研究內(nèi)容如下：
（1）焊接工藝參數(shù)對管路焊接接頭性能影響分析
通過開展不同焊接速度和氬氣流量下的管路焊接試驗，檢查管路焊接接頭的宏觀和微觀成型情況，測試焊接接頭的拉伸和彎曲性能。
（2）焊接順序?qū)苈钒惭b精度影響分析
選取典型管路為研究對象，在同一焊接工藝參數(shù)下，采用不同焊接順序進行管路焊接，并在焊接前后分別檢查管路焊接變形情況，從而得出管路的優(yōu)化焊接順序。
二、焊接工藝參數(shù)對管路焊接接頭性能影響研究
1、焊接試驗
選取TA2鈦管和TA2管對接接頭為研究對象，如圖1所示。管與管對接時的坡口型式、坡口間隙，如圖2所示。其中t=7mm，c=3mm。
結(jié)合TA2管材料物理性能特點，確定采用手工鎢極氬弧焊（TIG）、直流正接法焊接圖1中對接接頭的環(huán)焊縫。氬氣純度為99.99%；焊絲牌號為TA2焊絲，直徑為φ3mm。本試驗分3組進行，具體的焊接工藝參數(shù)如表1所示。
焊接試驗工藝要求如下：
①焊前應(yīng)認(rèn)真清除坡口內(nèi)及其兩側(cè)各30~50mm范圍內(nèi)的油漆、毛刺、油污、鐵銹等雜物。管段點焊固定，點焊間距為100~150mm。
②焊接前，將管路兩端進行封堵，填充氬氣。
③焊接時，兩名操作工同時作業(yè)，一名手持焊槍和焊絲進行焊接，另一名移動氬氣輸送管子，及時對焊縫進行氬氣保護。
④焊接后，繼續(xù)采用氬氣對焊縫進行保護3~5min。
2、宏觀和微觀焊縫成型質(zhì)量檢測試驗
3組對接管子焊接試驗完畢后，分別進行焊縫宏觀和微觀質(zhì)量檢測，具體檢測內(nèi)容如下：
①目測觀察焊縫表面成型情況，是否有氣孔、裂紋、溝槽等缺陷，尤其注意觀察焊縫顏色。
②分別采用滲透（PT）和X射線（RT）檢測法檢測焊縫內(nèi)部成型情況。
3、拉伸試驗
本試驗采用縱向弧形試樣進行拉伸力學(xué)性能分析，圓管的拉伸縱向試樣取樣位置見圖3，焊縫位于試樣中部。
在每組對接管子上分別取2個拉伸樣件進行拉伸試驗，試驗按照《GB/T2651-2008》規(guī)定執(zhí)行。
4、彎曲試驗
彎曲試驗分為正彎和反彎兩種。每個焊接管子分別取2個正彎樣件和2個反彎樣件進行彎曲試驗，彎曲角度為90°，彎曲直徑為100mm，試驗按照《GB/T2653-2008》規(guī)定執(zhí)行。
三、焊接順序?qū)苈钒惭b精度影響研究
選取典型TA2鈦合金管路為研究對象，該管段中含有法蘭、直管、彎管三部分，具體如圖4所示。
現(xiàn)確定3種管路焊接順序，具體如表2所示。利用表1中的第2組焊接工藝參數(shù)，分別開展3種焊接順序下的管路焊接變形試驗。
分別針對三種方案下的管路焊接變形情況進行測量，分析管段焊接前后的焊接變形情況。管路變形測量分焊接前和焊接后兩個階段，重點關(guān)注圖5及圖6中的特征點。
四、研究結(jié)果分析
1、焊接工藝參數(shù)對管路焊接接頭性能影響分析
①焊縫成型分析
通過觀察宏觀形貌，發(fā)現(xiàn)第一組管子的焊縫成型較好，焊縫表面沒有咬邊、未熔合、焊瘤、燒穿等缺陷，如圖7所示。第二組管子，焊縫寬度略微偏大。但是焊縫表面仍沒有燒穿、焊瘤等缺陷，如圖8所示。第三組管子，說明焊縫表面已氧化。焊縫表面無未熔合、焊瘤等缺陷，如圖9所示。
經(jīng)檢測，發(fā)現(xiàn)三組管子接頭處無損檢測等級均為Ⅰ級合格，焊縫表面無任何焊接缺陷，焊縫內(nèi)部僅有一個圓形缺陷。
對比不同焊接工藝參數(shù)下的焊縫層數(shù)和道數(shù)，如表3所示。
②拉伸和彎曲性能結(jié)果分析
不同焊接工藝參數(shù)下管子接頭的拉伸性能結(jié)果，如表4所示。可知三種焊接工藝參數(shù)下管子接頭的抗拉強度均較好，均斷裂在母材處。
由表5和圖10可知，當(dāng)管子彎曲90°后，三種焊接工藝參數(shù)下管子焊接接頭的彎曲性能均較好，管子焊接接頭彎曲性能均合格。
2、管路焊接順序?qū)ζ浒惭b精度影響研究
通過測量管路在焊接前后的變形值，得出三種焊接順序下典型測點的焊接變形數(shù)據(jù)，如圖11所示。
由圖11可知，在三種焊接順序下，管路的焊接變形趨勢大致相同，相對于測量基準(zhǔn)點來說，越靠近測量基準(zhǔn)點，管路的焊接變形越小。從整體上看，管路1的焊接變形較小，故管路1對應(yīng)的焊接順序較優(yōu)。
五、結(jié)論
文中通過開展鈦合金管路焊接技術(shù)研究，明確了不同焊接工藝參數(shù)對管路焊接接頭性能的影響情況，掌握了焊接順序?qū)Φ湫凸苈钒惭b精度的影響，可有效解決鈦合金管路焊接技術(shù)難題，保證鈦合金管路焊接接頭力學(xué)性能，達(dá)到提升工廠鈦合金管路焊接水平，提高管路安裝質(zhì)量的效果。
參考文獻(xiàn)
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